Mars heeft een grotere kern en een dunnere korst

Golven van Marsbevingen onthullen de innerlijke structuur van de planeet.
Golven van Marsbevingen onthullen de innerlijke structuur van de planeet. Credit: NASA/DLR

Golven van Marsbevingen onthullen de innerlijke structuur van de planeet.

Door verkenning met behulp van ruimtesondes in een baan om de planeet is het oppervlak van Mars is tot in detail bekend. Maar tot nu toe kon de interne structuur alleen indirect worden afgeleid of gesimuleerd met behulp van computermodellen. Met deelname van het Duitse DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) heeft de InSight-missie van de NASA gezorgd voor verrassende ontdekkingen.

De kern van onze planetaire buur is groter dan voorheen gedacht, de mantel die daar overheen ligt heeft een structuur die vergelijkbaar is met de bovenste mantel van de Aarde. De korst van Mars is dunner dan voorheen gedacht. Het Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS), een seismometer die onder Franse leiding werd ontwikkeld, verzamelde gedurende meer dan twee jaar data om deze geologische puzzel op te lossen. De resultaten van het onderzoek werden op 22 juli 2021 in het wetenschappelijke tijdschrift Science gepubliceerd.

Modellen over de structuur van Mars bestaan al bijna 100 jaar. Echter de laatste tientallen jaren werd er weinig vooruitgang geboekt met betrekking tot de grootte van de korst en de kern. Alleen seismologie kan deze direct meten. In het verleden moesten deze parameters worden geschat aan de hand van andere waarnemingen.

Volgens de nieuwe metingen heeft de kern van Mars een doorsnede van ongeveer 3700 kilometer. Dat is ongeveer half zo groot als de kern van de Aarde en ligt aan de bovengrens die met behulp van eerdere schattingen was berekend. Mars heeft een diameter van 6770 kilometer en dat is ongeveer de helft van de diameter van de Aarde.

Een grotere kern betekent ook een lager dichtheid dan eerder werd aangenomen. De lagere dichtheid laat zien dat de ijzer-nikkel smelt een groter aandeel van lichtere elementen zoal zwavel, koolstof, zuurstof en misschien zelfs waterstof bevat.

De wetenschappers hebben de dichtheid van de kern nu berekend op 6 gram.cm-1. De kern van de Aarde heeft een dichtheid van 9 tot 13 gram.cm-1. Daarnaast toont een analyse van de seismogrammen aan dat de kern van Mars gesmolten moet zijn, dat wil zeggen minstens de buitenste laag. Het onderzoek van de kern bevestigt dus eerdere metingen die via satellietgeodesie zijn gedaan maar die niet in staat waren om de grootte van de kern precies te bepalen.

Mars heeft, net als de Aarde, een schilstructuur

We weten dat de Aarde is opgebouwd uit concentrische schillen. Een dunne korst van licht, bros gesteente gevolgd door een dikke mantel van zwaar, plastisch gedeformeerd gesteente waarvan de circulaire bewegingen de continentale platen over de wereld verplaatsen. Onder de mantel de kern die voornamelijk uit ijzer en nikkel bestaat.

Een gelijkaardige structuur werd verondersteld voor de andere Aarde-achtige objecten in het zonnestelsel, zoals de Maan, Mercurius, Venus en Mars. Een van de belangrijkste wetenschappelijke doelen van de InSight-missie van de NASA is het bestuderen van de gelaagde structuur van Mars. InSight is een geofysisch station dat sinds november 2018 in het gebied Elysium Planitia in de nabijheid van de evenaar van Mars staat. De seismische gegevens van InSight maken het mogelijk de dikte van de binnenste schillen van Mars te berekenen en stelt daarmee ook beperkingen aan hun mogelijke samenstellingen.

Korst dunner dan voorheen gedacht

Maar er zijn ook interessante nieuwe bevindingen over de korst en de mantel van Mars. De mantel is de zone tussen de kort en de kern in.

In 2018 werd de dikte van de korst op de landingsplaats van de InSight voorspeld tussen 19 en 90 kilometer. Uit de gegevens van InSight komen twee mogelijkheden; of de korst op de landingsplek is ongeveer 20 kilometer dik of iets minder dan 40 kilometer, uitgaande van een tweede zwak signaal.

Met globale kaarten van het zwaartekrachtsveld en de topografie van mars kan deze puntmeting op de landingsplaats van de InSight geëxtrapoleerd worden naar de hele planeet. Hieruit blijkt dat de gemiddelde dikte van de korst tussen de 24 en 72 kilometer ligt.

Het brede bereik tussen minimum- en maximumwaardes voor de dikte van de korst houdt verband met de verspreiding van radioactieve elementen in het binnenste van de planeet die door hun verval warmte genereren en uiteindelijk de geologische processen aandrijven.

Een dikkere korst komt meer overeen met de hoeveelheid aan warmte genererende radioactieve elementen in de korst zoals waargenomen aan het oppervlak terwijl een dunnere korst kan worden verklaard door een grotere concentratie van dergelijke elementen op grotere diepte.

Het bepalen van de dikte van de korst aan de hand van de data van InSight helpt wetenschappers niet alleen te begrijpen hoe Mars er vandaag de dag uit ziet maar levert ook belangrijke informatie over de thermische evolutie van de planeet.

Mantel van Mars een eenvoudigere versie van de aardmantel

In de aardmantel is de druk die nodig is voor de vorming van het mineraal Bridgemaniet vanaf een diepte van ongeveer 700 kilometer aanwezig. Bridgemaniet is een silicaatmagnesiumoxide (MgSiO3) dat tot de familie van de perovskieten behoort.

Dergelijke perovskieten vormen 4/5de van de aardmantel en worden alleen gevormd onder extreem hoge druk. De nieuwe metingen laten nu zien dat deze druk alleen wordt bereikt in de ijzeren kern van Mars en dus zou de hele mantel van Mars gedomineerd moeten worden door het mineraal olivijn, (Mg,Fe)2SiO4, vergelijkbaar met de bovenmantel van de Aarde.

 

Eerste publicatie: 26 juli 2021
Bron: NASA/SpaceDaily